„Wir gründen Club der Energiewende-Staaten.“1
Dieses Vorhaben äußerte Bundesumweltminister Peter Altmaier am Rande der Klimakonferenz in Doha und setzt dabei voraus, dass die Energiewende in Deutschland funktioniert. Für das Gelingen der Energiewende ist der Ausbau von Höchstspannungstrassen existenziell wichtig. Durch die Medien ist bekannt, dass dieser Netzausbau zu schleppend verläuft. „Der Ausbau des deutschen Höchstspan-nungsnetzes muss dringend beschleunigt werden.“2 findet auch der Präsident der Bundesnetzagentur Jochen Homann. Mit den aktuellen Konzepten seiner Behörde und den Modellen der Übertragungsnetzbetreibern gelingt die Beschleunigung allerdings kaum. Dadurch wirft sich die Forschungsfrage auf, wie der Ausbau des Übertragungsnetzes mit einem völlig neuartigem Modell in Zukunft schneller und optimaler gestaltet werden kann. Um diese Forschungsfrage eingehend zu beantworten, beleuchtet die vorliegende Arbeit folgende Aspekte: Zunächst wird die Ausgangslage des zögerlichen Netzausbau stichhaltig analysiert. Für die Funktion des vorgeschlagenen Alternativ-Modells ist der Einsatz von Kombinatorischer Optimierung essentiell wichtig. Deshalb wird der gewählte Algorithmus auch eingehend erläutert. Im dritten Teil kommt der Deijkstra Algorithmus zu seiner realen Anwendung. So wird er in eine Software implementiert und generiert ein Lösung für das Ausbauvorhaben Redwitz - Schwandorf. Dabei ist es notwendig die verschiedenen Landkreise zuvor in einem Graphen darzustellen und sich tiefgründig mit verschiedenen Daten zu befassen. Die Software gibt dann basierend auf Imput-Faktoren einen optimalen Routenverlauf an. Zu Ende des Hauptteils stellt der Verfasser eine von ihm entwickelte iOS-Applikationen vor, durch die das Projekt „Clean Grid“ der Öffentlichkeit in ansprechender Form zugänglich ist.
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1 Passauer Neue Presse, Wir gründen Club der Energiewende-Staaten, 06.12.12.
2 Süddeutsche Zeitung, Behörde warnt vor lahmen Netzausbau, 03.08.2012.
Inhaltsverzeichnis
A. Einleitung
B. Hauptteil
I. Schleppender Netzausbau
II. Neuartiges Modell für mehr Beschleunigung
III. Einsatz von Kombinatorischer Optimierung
1. Eingehende Erläuterung des Dijkstra - Algorithmus
2. Eruieren von maßgeblichen Faktoren
IV. Reale Anwendung des Algorithmus von Dijkstra
1. Abbildung von Landkreisen in einem Graphen
2. Eingehende Beschäftigung mit recherchierten Daten
3. Software-basierte Lösung
V. Entwicklung einer iOS-Applikation
C. Schluss
Zielsetzung und Forschungsfragen
Die Arbeit untersucht, wie der schleppende Netzausbau in Deutschland durch ein neuartiges Modell effizienter gestaltet werden kann. Das primäre Ziel ist die Entwicklung eines mathematisch fundierten Konzepts, das auf kombinatorischer Optimierung basiert, um Trassenverläufe schneller und optimaler zu planen.
- Analyse der Schwachstellen im aktuellen Netzausbauverfahren.
- Einsatz des Dijkstra-Algorithmus zur Berechnung optimaler Routen.
- Methodische Berücksichtigung regionaler Faktoren (Umwelt, Kosten, Akzeptanz).
- Software-technische Umsetzung des Modells zur Trassenoptimierung.
- Förderung der öffentlichen Wahrnehmung durch eine begleitende iOS-Applikation.
Auszug aus dem Buch
Beginn:
Zunächst wird ein Start- (a) und Endpunkt (f) definiert. Die Summe der Kantengewichte zum Startknoten nennt sich „Distanz“. Aktuell ist der Startknoten der „Aktive Knoten“. Seine Nachbarn sind die Knoten (b, c, d). Sie haben eine direkte Verbindung zu a. Dabei entscheidend ist ihre Distanz zum Startknoten (b: 9, c: 6, d: 4).
Dementsprechend ist Punkt d auszuwählen, denn bei diesem Algorithmus sind kleinere Kantengewichte die besseren. Anschließend ist d der aktive Knoten d und hat bis jetzt zwei unbesuchte Punkte (c, g). Die Distanzen von c und g errechnen sich wie folgt: Distanz des aktiven Knotens d zum Startknoten a plus Kantengewicht der verbindenden Kante. Für c lautet das Ergebnis also 7 und für Punkt g wird ein Wert von 9 ermittelt. Der Punkt mit der kleinsten Distanz c (6) ist nun aktiver Knoten. Der Knoten c muss kein Nachbar von d sein. Es wird einfach der Knoten, mit dem nächst kleineren Kantengewicht gewählt. Bevor aber ein Punkt als aktiver Knoten deklariert werden kann, ist folgender Schritt existenziell notwendig, denn ohne ihn könnte man den einfachsten aller Algorithmen, den Greedie-Algorithmus anwenden, bei welchem man stets den Weg mit dem geringsten Kantengewicht wählt.
Zusammenfassung der Kapitel
A. Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die Dringlichkeit der Energiewende und die Defizite beim aktuellen Ausbau der Höchstspannungstrassen.
B. Hauptteil: Der Hauptteil analysiert bestehende Probleme des Netzausbaus, führt den Dijkstra-Algorithmus als mathematisches Optimierungswerkzeug ein und wendet dieses auf ein konkretes Trassenbeispiel mittels Software an.
I. Schleppender Netzausbau: Dieses Kapitel beschreibt die Verzögerungen durch das EnLAG und das bestehende mehrstufige Planungsverfahren der Bundesnetzagentur.
II. Neuartiges Modell für mehr Beschleunigung: Es wird ein alternatives, schlankeres Modell zur Beschleunigung und Optimierung des Netzausbaus vorgestellt, das regionale Faktoren stärker gewichtet.
III. Einsatz von Kombinatorischer Optimierung: Das Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen des Dijkstra-Algorithmus und die Auswahl relevanter Faktoren zur Kantengewichtung.
IV. Reale Anwendung des Algorithmus von Dijkstra: Hier wird der Algorithmus auf Landkreise angewandt, eine Adjazenzmatrix erstellt und eine Software-basierte Lösung zur Trassenfindung präsentiert.
V. Entwicklung einer iOS-Applikation: Vorstellung der eigens entwickelten App „Clean Grid“, die das Projekt der breiten Öffentlichkeit zugänglich macht.
C. Schluss: Zusammenfassung des Modells als flexibles, individuelles Konzept für eine zukunftsorientierte Energieplanung.
Schlüsselwörter
Energiewende, Netzausbau, Höchstspannungstrassen, Kombinatorische Optimierung, Dijkstra-Algorithmus, Bundesnetzagentur, NOVA-Prinzip, Trassenverlauf, Adjazenzmatrix, Software-Entwicklung, iOS-Applikation, Umweltprüfung, Netzstabilität, Erneuerbare Energien, Clean Grid.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung des deutschen Netzausbaus für die Energiewende durch ein neues, softwaregestütztes Planungsmodell.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die mathematische Trassenoptimierung, politische Rahmenbedingungen des Netzausbaus und die intuitive Vermittlung komplexer Sachverhalte via App.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Die Forschungsfrage lautet, wie der Ausbau des Übertragungsnetzes mit einem neuartigen Modell schneller und geographisch optimaler gestaltet werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor nutzt die Kombinatorische Optimierung, insbesondere den Dijkstra-Algorithmus, um auf Basis gewichteter geographischer Daten optimale Netzverbindungen zu berechnen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Analyse der bestehenden Trägheit des Systems, die Herleitung des Algorithmus-Einsatzes sowie dessen praktische Implementierung in Java.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Netzausbau, Dijkstra-Algorithmus, Kombinatorische Optimierung, Energiewende und Trassenoptimierung.
Wie werden die Kanten im Graphen gewichtet?
Die Kantengewichtung basiert auf einem gewichteten Durchschnittswert aus Faktoren wie Umweltbelastung, Kosten, Akzeptanz in der Bevölkerung, Zustand der Leitungen und Potenzial erneuerbarer Energien.
Warum spielt die App „Clean Grid“ eine Rolle?
Sie dient dazu, das komplexe Thema der Trassenplanung der Öffentlichkeit zugänglich zu machen und das Bewusstsein für die Energiewende durch interaktive Elemente wie Quiz-Formate zu steigern.
Was ist das Ergebnis der Software-Anwendung für Redwitz – Schwandorf?
Die Software berechnete einen optimalen Weg, der über die Landkreise Bayreuth und Neustadt an der Waldnaab führt.
- Quote paper
- Matthias Scherr (Author), 2014, Optimaler Netzausbau durch Kombinatorische Optimierung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/262474
